直升机的升力原理

直升机的升力原理：

作为一种特殊的飞行器，直升机的升力和推力均通过螺旋桨（主旋翼）的旋转获得，这就决定了其动力和操作系统必然与各类固定机翼飞机有所不同。一般固定翼飞机的飞行原理从根本上说是对各部位机翼的状态进行调节，在机身周围制造气压差而完成各类飞行动作，并且其发动机只能提供向前的推力。但直升机的主副螺旋桨（主旋翼与尾旋翼）可在水平和垂直方向上对机身提供动力，这使其不需要普通飞机那样的巨大机翼，二者的区别可以说是显而易见的。

一、直升机飞行的特点：

1、它能垂直起降，对起降场地要求较低；

2、能够在空中悬停。即使直升机的发动机空中停车时，驾驶员可通过操纵旋翼使其自转，仍可产生一定升力，减缓下降趋势；

3、可以沿任意方向飞行，但飞行速度较低，航程相对来说也较短。

 二、关于直升飞机的操纵系统：

直升机的操纵系统可分为三大部分：

踏板——在直升机驾驶席的下方通常设有两块踏板，驾驶员可以通过它们对尾螺旋桨的输出功率和桨叶的倾角进行调节，这两项调整能够对机头的水平方向产生影响。

周期变距杆——位于驾驶席的中前方，该手柄的控制对象为主螺旋桨下方自动倾斜器的不动环。不动环可对主螺旋桨的旋转倾角进行调整，决定机身的飞行方向。

总距杆——位于驾驶席的左侧，该手柄的控制对象为主螺旋桨下方自动倾斜器的动环。动环通过对主螺旋桨的桨叶倾角进行调节来对调整动力的大小。另外，贝尔公司生产的系列直升机在总距杆上还集成有主发动机功率控制器，该控制器可根据主螺旋桨桨叶的旋转倾角自动对主发动机的输出功率进行调整。

三、关于直升飞机的飞行操作：

升降——很多人认为，直升机在垂直方向上的升降是通过改变主螺旋桨的转速来实现的。当然，改变主螺旋桨的转速也不失为实现机体升降的方法之一，但直升机设计师们很早之前便发现，提升主螺旋桨输出功率会导致机身整体负荷加大。所以，目前流行的方法是在保持主螺旋桨转速一定的情况下依靠改变主螺旋桨桨叶的倾角来调整机身升力的大小。驾驶员可通过总距杆完成这项操作。当把总距杆向上提时，主螺旋桨的桨叶倾角增大，直升机上升；反之，直升机下降。需要保持当前高度时，一般将总距杆置于中间位置。 

平移——直升机最大飞行优势之一是：可以在不改变机首方向的情况下，随时向各个方向平移。这种移动是通过改变主螺旋桨的旋转倾角来实现的。当驾驶员向各个方向扳动周期变距杆时，主螺旋桨的主轴也会发生相应的倾斜。此时，主螺旋桨所产生的推力分解为垂直和水平两个方向的分力，垂直方向的分力依旧用于保持飞行高度，水平方向上的分力可使机身在该方向上产生平移。

旋转，这个功能是通过直升机的尾螺旋桨来完成的。对于只装有一具主螺旋桨的直升机来说，如果把机身和主螺旋桨看作一对施力和受力物体的话，主螺旋桨旋转所产生的反作用力必然会使机身向相反的方向转动。要保持机身的稳定，就必须增加一个额外的力矩来抵消这种旋转，这也是设计师在直升机尾部安装尾螺旋桨的原因。当直升机处于直线飞行时，尾桨的推力力矩与主桨的反作用力矩刚好构成一对平衡力矩，而只需改变尾桨的输出功率机身就可以在水平面上进行旋转。大多数直升机都是通过驾驶席前方的一对脚踏板来调整机头方向。  

四、直升机与普通飞机区别及飞行简单原理 ：

1、直升机飞行原理和结构与飞机不同飞机靠它的固定机翼产生升力，而直升机是靠它头上的桨叶（螺旋桨）旋转产生升力。  

2、直升机的结构和飞机不同，主要由旋翼、机身、发动机、起落装置和操纵机构等部分组成。根据螺旋桨个数，分为单旋翼式、双旋翼式和多旋翼式。

3、单旋翼式直升机尾部还装有尾翼，其主要作用：抗扭，用以平衡单旋翼产生的反作用力矩和控制直升机的转弯。  

4、直升机最显眼的地方是头上窄长的大刀式的旋翼，一般由2～5片桨叶组成一副，由1～2台发动机带动，其主要作用：通过高速的旋转对大气施加向下的巨大的力，然后利用大气的反作用力（相当与直升飞机受到大气向上的力）使飞机能够平稳的悬在空中。

五、平衡分析（对单旋翼式）：

1、直升飞机的大螺旋桨旋转产生升力平衡重力。直升飞机的桨叶大概有2—3米长，一般有5叶组成。普通飞机是靠翅膀产生升力起飞的，而直升飞机是靠螺旋桨转动，拨动空气产生升力的。直升飞机起飞时，螺旋桨越转越快，产生的升力也越来越大，当升力比飞机的重量还大时，飞机就起飞了。在飞行中飞行员调节高度时，就只要通过改变大螺旋桨旋转的速度就可以了。

2、直升飞机的横向稳定。因为直升飞机如果只有大螺旋桨旋，那么根据动量守衡，机身就也会旋转，因此直升飞机就必须要一个能够阻止机身旋转的装置。而飞机尾部侧面的小型螺旋桨就是起到这个作用，飞机的左转、右转或保持稳定航向都是靠它来完成的。同时为了不使尾桨碰到旋翼，就必须把直升飞机的机身加长，所以，直升飞机有一个像蜻蜓式的长尾巴。

 六、能量方式分析：

根据能量守恒定律可知：能量既不会消失，也不会无中生有，它只能从一种形式转化成为另一种形式。在低速流动的空气中，参与转换的能量只有压力能和动能。一定质量的空气具有一定的压力，能推动物体做功；压力越大，压力能也越大；流动的空气具有动能，流速越大，动能也越大。而空气的流速只有来自于发动机所带的螺旋桨对空气的作用，当然从这里分析能量也是守衡的。

原理：升力就是向上的力，在机翼得上下表面产生了压强差。飞机的升力来自于仰角，机翼弧形产生

向下的压力和前进阻力，也就是动力学中的牛顿第三定律，俗称相互作用力。

直升机物理方程：

由满足库塔条件所产生的绕翼环量导致了机翼上表面气流向后加速，由伯努利定理可推导出压

力差并计算出升力，这一环量最终产生的升力大小亦可由库塔-茹可夫斯基方程计算：

L（升力）=ρVΓ（气体密度×流速×环量值）

直升机的前飞，特别是平飞，是其最基本的一种飞行状态。直升机作为一种运输工具，主要依靠前飞来完成其作业任务。为了更好地了解有关直升机前飞时的飞行特点，从无侧滑的等速直线平飞人手，有关上升率Vy不为零的前飞(上升和下降)留在下一节介绍。 直升机的水平直线飞行简称平飞。平飞是直升机使用最多的飞行状态，旋翼的许多特点 在乎飞时表现得更为明显。直升机平飞的许多性能决定于旋翼的空气动力特性，因此需要首 先说明这种飞行状态下直升机的力和旋翼的需用功率。
直升机的侧飞

侧飞是直升机特有的又一种飞行状态，它与悬停、小速度垂直飞行及后飞 一起是实施某些特殊作业不可缺少的飞行性能。一般侧飞是在悬停基础上实施 的飞行状态。其特点是要多注意侧向力 的变化和平衡。由于直升机机体的侧向 投影面积很大，机体在侧飞时其空气动 力阻力特别大，因此直升机侧飞速度通 常很小。由于单旋翼带尾桨直升机的侧 向受力是不对称的，因此左侧飞和右侧 飞受力各不相同。向后行桨叶一侧侧飞，旋翼拉力向后行桨叶一例的水平分量大于向前行桨叶一侧的尾桨推力，直 升机向后方向运动，会产生与水平分量反向的空气动力阻力Z。当侧力平衡时，水平分量等于尾桨推力与空气动力 阻力之和，能保持等速向后行桨叶一侧侧飞。向前行桨叶一例侧飞时，旋翼拉 力的水平分量小于尾桨推力，在剩余尾桨推力作用下，直升机向民桨推力方向一例运动，空气动力阻力与尾桨推力反向，当侧力平衡时，保持等速向前行桨叶一侧飞行。

固定翼航空器的飞行升力源自固定在机身上的机翼。当固定翼航空器向前飞时，机翼与空气之间发生相对运动，进而产生升力。直升机的升力产生原理与机翼相似，只不过这个升力是来自于绕固定轴旋转的“旋翼”。 旋翼不像飞机那样依靠整个机体向前飞行来使机翼与空气产生相对运动，而是依靠自身旋转产生与空气的相对运动。但是，在旋翼提供升力的同时，直升机机身也会 因反扭矩（与驱动旋翼旋转等量但方向相反的扭矩，即反作用扭矩）的作用而具有向反方向旋转的趋势。对于单旋翼直升机，为了平衡反扭矩，常见的做法是以另一 个小型旋翼，即尾桨，在机身尾部产生抵消反向运动的力矩。对于多旋翼直升机，多采用旋翼之间反向旋转的方法来抵消反扭矩的作用。

主螺旋桨位于直升机顶部，带动4个约6米长的桨叶旋转。飞行员通过调整旋转斜盘来操纵直升机。旋转斜板通过改变桨叶的姿态角（倾斜角度）来增加上升力。均匀地调整所有桨叶的姿态角可使直升机垂直升降。当浆叶旋转起来后改变姿态角可以产生不均匀的上升力，从而使直升机沿特定方向侧飞。

在主螺旋桨旋转时，会给整个直升机施加一种旋转力。尾部螺旋桨桨叶产生抗拒力，从而将尾桁推向相反方向。通过改变尾部螺旋桨桨叶的迎角，飞行员可以让直升机向任意方向旋转或根本不让它转向。而阿帕奇有两个尾部螺旋桨，每个螺旋桨有两个桨叶。

貌似还没发现没有尾部螺旋桨的直升机